1 工程概況
蘇州一美資柔性電路板EPC總承包項目中的一個典型工藝房間,房間及工藝布局見圖1,總面積1060 m2,凈化間凈高3.0 m,建筑層高7.0 m,潔凈等級為1000級(@ 0.5 μm),溫濕度要求:(21±2)℃,(55±10)%。工藝設(shè)備較多,有大量熱排風(fēng),無工藝冷卻水。
2 系統(tǒng)計算
2.1 工藝設(shè)備負荷計算
本工藝設(shè)備均為電熱設(shè)備,散熱量Qs = 1000 n1 n2 n3 n4 × N
式中:n1為同時使用系數(shù),一般可取0.5~1.0;n2為利用系數(shù),一般可取0.7~0.9;n3為小時平均實耗功率與設(shè)計最大功率之比,一般可取0.5;n4為
通風(fēng)保溫系數(shù),設(shè)備無保溫有局部通風(fēng)時一般可取0.4~0.6,無保溫?zé)o局部排風(fēng)時一般可取0.8~1.0。
根據(jù)工藝設(shè)備要求各設(shè)備散熱量見表1。
2.3 系統(tǒng)送風(fēng)量計算
2.4 系統(tǒng)計算小結(jié)
根據(jù)上述計算,系統(tǒng)降溫送風(fēng)量77624 m3/h,凈化循環(huán)風(fēng)量177900 m3/h,最后調(diào)整總的循環(huán)風(fēng)量為180000 m3/h,新風(fēng)量50000 m3/h,送風(fēng)溫差為3.9℃。
3 設(shè)計方案描述
3.1 方案一:AHU(空調(diào)機組)+ HEPA(高效送風(fēng)口)
主要設(shè)備為三臺60000 m3/h空調(diào)機組及112套2000 m3/h高效送風(fēng)口??照{(diào)機組功能段:新回風(fēng)混合過濾段、表冷段、加熱段、加濕段、風(fēng)機段、中效過濾出風(fēng)段。詳見圖2。
室外新風(fēng)與回風(fēng)混合后經(jīng)空調(diào)機組處理達到室內(nèi)溫濕度要求后,經(jīng)末端高效過濾送風(fēng)口送至潔凈室,氣流形式為頂送側(cè)下回,處理過程詳見圖3。
3.2 方案二:MAU(新風(fēng)機組)+RAU(循環(huán)機組)+HEPA(高效送風(fēng)口)
主要設(shè)備為1臺50000 m3/h新風(fēng)機組,3臺60000 m3/h循環(huán)機組,112套2000 m3/h高效送風(fēng)口。新風(fēng)機組功能段:新風(fēng)過濾段、中效過濾段、預(yù)熱段、表冷段、再熱段、加濕段、風(fēng)機出風(fēng)段。循環(huán)機組功能段:新回風(fēng)混合段、表冷段、風(fēng)機段、中效過濾出風(fēng)段。詳見圖4。
室外新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)機組處理達到室內(nèi)濕度要求及設(shè)定送風(fēng)溫度后與回風(fēng)混合后經(jīng)循環(huán)機組處理達到室內(nèi)溫度時經(jīng)末端高效過濾送風(fēng)口送至潔凈室,氣流形式為頂送側(cè)下回,處理過程詳見圖5。
3.3 方案三:AHU(空調(diào)機組)+FFU(風(fēng)機過濾單元)
主要設(shè)備為2臺40000 m3/h空調(diào)機組及200套1200×600風(fēng)機過濾單元??照{(diào)機組功能段:新回風(fēng)混合過濾段、表冷段、加熱段、加濕段、風(fēng)機段、中效過濾段、亞高效出風(fēng)段。詳見圖6。
室外新風(fēng)與部分回風(fēng)混合后經(jīng)過空調(diào)機組處理達到室內(nèi)溫濕度要求后,送風(fēng)靜壓箱內(nèi),與大量循環(huán)風(fēng)混合后經(jīng)風(fēng)機過濾單元加壓后送入潔凈室,氣流形式為頂送測下回,處理過程詳見圖7。
4 設(shè)計方案的分析與比較
4.1 空調(diào)系統(tǒng)
根據(jù)理論計算,如前所述,三種方案所需處理的新風(fēng)量相同,凈化風(fēng)量相同,三種方案均以相同的送風(fēng)點O向室內(nèi)送風(fēng),吸收室內(nèi)的余熱、余濕,故在不考慮風(fēng)機、FFU、風(fēng)管等溫升,三種方案的系統(tǒng)計算冷負荷相同。
方案一所有的冷負荷均由空調(diào)機組承擔(dān),二次回風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)理論可設(shè)計成一、二次回風(fēng)根據(jù)溫濕度要求自動調(diào)整,則完全不需要再熱量。但根據(jù)實際經(jīng)驗:一般潔凈室二次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一、二次回風(fēng)量設(shè)計成固定值,二次回風(fēng)量調(diào)試時根據(jù)計算人為設(shè)定,則在非計算狀態(tài),如過渡季等非計算冷負荷、送風(fēng)溫差變小時,空調(diào)機組還是需要一定的再熱量。
方案二新風(fēng)機組承擔(dān)部分室內(nèi)冷負荷、新風(fēng)冷負荷及全部新風(fēng)濕負荷,循環(huán)機組僅承擔(dān)部分室內(nèi)顯熱負荷。新風(fēng)機組處理能力較大,表冷段一般設(shè)置成兩段,根據(jù)自控實現(xiàn)兩級盤管控制;且循環(huán)機組因為僅承擔(dān)室內(nèi)顯熱負荷,且循環(huán)風(fēng)量較大,與新風(fēng)混合后工況近似處于干工況,冷凝水較少,便于將循環(huán)機組吊頂設(shè)置,減少風(fēng)管工程量。新風(fēng)機組風(fēng)機設(shè)置變頻器,可根據(jù)工藝排風(fēng)量及壓差自動調(diào)整新風(fēng)量,便于工藝設(shè)備的分階段就位。因為循環(huán)機組近似處理干工況,故即使過渡季等非計算冷負荷、且仍需供冷的情況下,新風(fēng)機組及循環(huán)機組均無需再熱耗能。
當(dāng)新風(fēng)量較大,在焓濕圖中存在一很小區(qū)域新風(fēng)處理到露點L1與循環(huán)機組混合后的送風(fēng)點溫度小于O,循環(huán)機組無需供冷,即此時新風(fēng)機組承擔(dān)全部的濕負荷及冷負荷時,這時新風(fēng)機組處理到L1點后需要一定的再熱量升溫至L2,這種情況一般在電子類廠房不太會出現(xiàn),但在新風(fēng)量較大,且室內(nèi)設(shè)備負荷較小的情況下,需要注意。
方案三是在大型高級別潔凈室項目MAU+DC+FFU的基礎(chǔ)上提出的一種適應(yīng)于一般循環(huán)風(fēng)量大而降溫風(fēng)量不大,且增設(shè)中溫冷凍水系統(tǒng)不合適的項目,該方案的特點是空調(diào)機組承擔(dān)新風(fēng)及室內(nèi)全部的冷負荷及濕負荷,而FFU則承擔(dān)大量的循環(huán)風(fēng),F(xiàn)FU的布置靈活、潔凈度便于提高。同方案一,過渡季等非計算冷負荷、送風(fēng)溫差變小時,需要一定的再熱量。
加濕工況,當(dāng)新風(fēng)溫度低于室內(nèi)參數(shù)對應(yīng)的露點溫度時,干蒸汽加濕為等溫加濕,理論上加濕到飽和溫度即? = 100%時,也無法達到室內(nèi)相對濕度要求,此時需要將新風(fēng)溫度加熱到該露點溫度以上,及新風(fēng)機組需要加熱到一定溫度(一般可設(shè)定15℃)。但方案一、三新風(fēng)、回風(fēng)溫度一般高于露點溫度,故可以充分利用室外新風(fēng)冷負荷。
4.2 控制說明
根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)的要求,潔凈廠房均采用不同的自控系統(tǒng)滿足生產(chǎn)要求,特別是空調(diào)系統(tǒng)的自動控制在潔凈廠房運行管理中顯得尤為重要,在比較不同的方案時自控系統(tǒng)的投資及運行可靠也是需要重點考慮的部分。
方案一控制為常規(guī)的3閥控制系統(tǒng)(冷水電動調(diào)節(jié)閥、熱水電動調(diào)節(jié)閥、蒸汽電動調(diào)節(jié)閥);濕度控制:由室內(nèi)敏感元件TB、?控制表冷器及加濕器管道上的電動調(diào)節(jié)閥及控制單元,以達到室內(nèi)相對濕度參數(shù)。溫度控制:由室內(nèi)敏感元件T控制表冷器和加熱器管道上的電動調(diào)節(jié)閥,以達到室內(nèi)溫度參數(shù)。
方案二采用將溫濕度控制分別由循環(huán)機組、新風(fēng)機組保證的方式實現(xiàn)自動控制;濕度控制:由室內(nèi)敏感元件?控制新風(fēng)機組表冷器、加濕器管道上的電動調(diào)節(jié)閥,以達到室內(nèi)相對濕度參數(shù)。冬季新風(fēng)溫度<15℃時調(diào)節(jié)加熱器管道上的電動調(diào)節(jié)閥保證出口干球溫度為15℃。溫度控制:由室內(nèi)敏感元件T控制循環(huán)機組表冷器管道上的電動調(diào)節(jié)閥,以達到室內(nèi)溫度參數(shù)。
方案三空調(diào)機組控制說明同方案一,F(xiàn)FU采用5擋調(diào)速,人工控制。
三種方案系統(tǒng)設(shè)計均簡單,控制模塊成熟可靠。
4.3 凈化裝修
凈化裝修因為對潔凈室的潔凈度至關(guān)重要,而且在潔凈室投資中占到很大的比重,空調(diào)系統(tǒng)不同方案可能對凈化裝修的要求差異很大,故方案比較時也是要重點考慮的問題,這不僅是建筑專業(yè)的要求,作為空調(diào)專業(yè)設(shè)計者也應(yīng)引起很大的重視。
方案一、二裝修要求相同,吊頂、墻體均采用金屬壁板,設(shè)置回風(fēng)豎井雙側(cè)回風(fēng),投資較低;方案三因為設(shè)置送風(fēng)靜壓箱,故設(shè)置雙層硬吊頂,潔凈室吊頂采用模塊式T型結(jié)構(gòu)安裝FFU,無FFU處設(shè)置盲板,此吊頂上增加一層金屬壁板吊頂,同樣設(shè)置回風(fēng)豎井雙側(cè)回風(fēng),方案三較方案一、二壁板墻體增高1.5 m,另增加T型結(jié)構(gòu)吊頂層,所以凈化裝修初始投資較高。
4.4 投資及運行費用分析
1)根據(jù)前述分析及比較,估算了三種方案的初始投資如表4所列。
從表4可以看出,三種方案造價差異不大,特別是隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的提升及FFU大量應(yīng)用,F(xiàn)FU應(yīng)用電子廠房的造價也不像上個世紀那么高,而且因為這種方案的風(fēng)管工程量及保溫可以減少很多,可以有效縮短工期,更便于未來工藝調(diào)整,因而得到大量的應(yīng)用。
2)眾所周知,潔凈室的運行費用在整個項目生命周期里占據(jù)70% ~ 90%的比重,而其中空調(diào)系統(tǒng)顯得尤為突出,在故方案比較時也應(yīng)該重點考慮。
本案例中提出的三種方案計算條件下,不考慮風(fēng)機再熱等,系統(tǒng)需要的計算制冷量相同,實際運行過程中負荷變化等導(dǎo)致的再熱量、冬季加濕加熱量等在方案比較時很難量化比較,故運行費用主要考慮不同方案中送風(fēng)機、FFU的運行能耗,并以電功率(kW)為比較參數(shù),見表5。
從表5可以看出,方案三因為FFU的使用大量循環(huán)風(fēng)僅經(jīng)過高效一次過濾,部分風(fēng)經(jīng)過空調(diào)機組四級(初效、中效、亞高效、高效)過濾,相對方案一、二全部循環(huán)風(fēng)經(jīng)過三級(初、中、高效),在運行能耗上表現(xiàn)突出。
5 結(jié)論
根據(jù)前面的分析及比較,我們不難發(fā)現(xiàn)對于千級潔凈室,隨著FFU價格的降低,F(xiàn)FU與普通HEPA高效送風(fēng)口方案相比空調(diào)系統(tǒng)造價低,但綜合裝修后略高,但因其布置靈活,便于工藝調(diào)整,而且運行費用也較低,已經(jīng)越來越受到設(shè)計者及業(yè)主的青睞。
傳統(tǒng)AHU高效風(fēng)口送風(fēng)輔助二次回風(fēng)系統(tǒng),能夠大大的節(jié)能冷量及再熱熱量。
MAU+RAU的空調(diào)形式在設(shè)置新風(fēng)機組變頻器后,配以工藝排風(fēng)風(fēng)機變頻,新風(fēng)量以排風(fēng)量及壓差控制有較大的優(yōu)勢,對于業(yè)主有工藝設(shè)備分階段投入的項目來說。本文所述案例就屬于這種情況。